Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren

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1 Karl Schmitt Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren Projekte für den Lernfeldunterricht Programmierung mit STEP 7 2. Auflage Bestellnummer 44493

2 Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Produkt? Dann senden Sie eine an Autor und Verlag freuen sich auf Ihre Rückmeldung. Die in diesem Werk aufgeführten Internetadressen sind auf dem Stand der Drucklegung. Die ständige Aktualisierung der Adressen kann von Seiten des Verlags nicht gewährleistet werden. Darüber hinaus übernimmt der Verlag keine Verantwortung für die Inhalte dieser Internetseiten. Dem Buch liegt eine Demo-DVD der Siemens AG bei. STEP 7 Professional, Edition 26 SR5, Trial License umfasst: STEP 7 V5.4 SP4, S7-GRAPH V5.3 SP6, S7-SCL V5.3 SP5, S7-PLCSIM V5.4 SP2 und ist 4 Tage zu Testzwecken nutzbar. Dem Buch liegt eine Demo-DVD der Siemens AG bei. SIMATIC WinCC flexible 28, Trial Software umfasst: SIMATIC WinCC flexible 28 Advanced und ist 3 Tage zu Testzwecken nutzbar. Die Software ist nur unter Microsoft Windows XP Professional Edition SP3 oder Microsoft Windows Vista 32 Business oder Microsoft Windows Vista 32 Ultimate ablauffähig. Weitere Informationen erhalten Sie im Internet unter « « « Bildungsverlag EINS GmbH Sieglarer Straße 2, Troisdorf ISBN Copyright 2: Bildungsverlag EINS GmbH, Troisdorf Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Das Gleiche gilt für das Programm sowie das Begleit material. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf deshalb der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung überspielt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

3 Vorwort Mithilfe der interaktiven CD-ROM und des Arbeitsheftes zu Lernsituationen aus dem Lernfeld Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren können Sie sich in die Programmierung von Automatisierungssystemen mit STEP 7 einarbeiten. Da Programmieren mit STEP 7 nur am PC möglich ist, wurden Projekte zu diesem Lernfeld und notwendige Hilfestellungen sowie virtuelle Anlagen auf einer CD-ROM zusammengestellt. Ein selbstständiges, eigenverantwortliches und ganzheitliches Lernen wird durch den Aufbau der CD-ROM mit praxisnahen Lernsituationen, gefördert. Was behandeln die interaktive CD-ROM und das Arbeitsheft? Die Lernsituationen beinhalten eine umfangreiche Einführung in den Umgang mit STEP 7. Verknüpfungssteuerungen ohne und mit Speicherverhalten sowie Ablaufsteuerungen mit boolschen Datentypen, Zeiten und Zähler und die dazugehörige Programmentwurfsmethoden werden behandelt. Sie programmieren FC- und FB-Bausteine und rufen sie auf, wie es im Rahmenlehrplan für die Elektroberufe gefordert wird. Sie wählen Bauteile nach deren Kenndaten aus und ergänzen, mit einem CAD-Programm, Schaltpläne. Dazu beinhaltet die CD-ROM eine Version von CADdy++ electrical, die Schüler und Auszubildende kostenlos nutzen können. Sie berücksichtigen Sicherheitsrichtlinien in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik. Für wen wurde diese CD-ROM erstellt und das Arbeitsheft geschrieben? Für Auszubildende in den Ausbildungsberufen Elektroniker/in für Betriebstechnik Elektroniker/in für Automatisierungstechnik Elektroniker/in für Geräte und Systeme Mechatroniker/in Elektroniker/in Fachrichtung Automatisierungstechnik Elektroniker/in Fachrichtung Energie- und Gebäudetechnik Aber auch für Schüler an Technikerschulen sowie Umsteiger von STEP 5 auf STEP 7. Welche Projekte sollten bearbeitet werden? Nach Möglichkeit sollten Sie die einzelnen Projekte in den Lernsituationen nacheinander bearbeiten, da sie meist aufeinander aufbauen. Steht Ihnen zu wenig Zeit zur Verfügung, sollten Sie mindestens die Lernsituationen, 3., 7., 8., 9.,. und 2 bearbeiten. Da die Fähigkeit, mit FC- und FB-Bausteinen umgehen zu können, immer wichtiger wird, sollten Sie sich auch mit den Lernsituationen 2. und 4. auseinander setzen. Welche Voraussetzungen sind zur Bearbeitung der Projekte in den Lernsituationen notwendig? Software: Um die Projektbeschreibungen lesen zu können, muss auf Ihrem PC der Internetexplorer oder einen anderen Browser installiert sein. Achten Sie darauf, dass Javascript von Ihrem Browser ausgeführt werden kann. Sie können die Einstellung im Internetexplorer über Menü Extras Internet optionen Erweitert Sicherheit Ausführen aktiver Inhalte zulassen vornehmen. Um ein Programm zu erstellen und testen zu können, muss STEP 7 Professional von der Firma Siemens auf Ihrem PC installiert sein. Dabei sind das Schulpaket SIMATIC STEP 7 Trainer Package 26 2er Klassenraumlizenz Be stellnummer: 6ES784-8CC-4YA5 oder die kostenlose Trial License (4 Tage) oder die SIMATIC STEP 7 Software for Students 26 (begrenzt auf 365 Tage) Bestellnummer: 6ES78-5CC-4YA7 zum derzeitigen Preis von 25, EUR sind ausreichend. Beachten Sie: Im SIMATIC-Manager muss eine PG/PC- Schnittstelle über das Menü Extras PG/ PC- Schnittstelle z. B. PC-Adapter eingerichtet sein. In Anlehnung an IEC 63 sollte die Darstellung der Adressen für die Ein- und Ausgangsabbilder im Menü- Extras- Sprache des SIMATIC-Manager die Memonik auf Englisch (International) gestellt werden. Für den Eingang E steht in diesem Fall dann das Kürzel I (Input), für den Ausgang A das Kürzel Q (Output). Bildungsverlag EINS 3

4 Vorwort Die HTML-Seiten, auf denen die Projekte beschrieben sind, sowie die zugehörigen Arbeitsblätter, sind entsprechend gestaltet. Um die Simulation der Anlage am Bildschirm beobachten und steuern zu können, muss auf Ihrem PC ProTool/Pro RT V6. oder WinCC flexible Runtime von der Firma Siemens installiert sein. Die Demoversion von ProTool/Pro ist zeitlich unbegrenzt nutzbar und funktional ausreichend. Um die Zeichnungsvorlagen bearbeiten zu können, muss auf Ihrem PC CADdy++ SEE electrical installiert sein. Sie finden die Schulversion auf der beiliegenden CD-ROM. Doppelklicken Sie zur Installation die Datei SETUP.EXE und folgen Sie den Anweisungen. Hardware: Eine CPU, z. B. 34C-2DP, sowie Förderbänder usw. sind nicht unbedingt erforderlich, da die Funktion des Anwenderprogramms am PC getestet werden kann. Dazu muss PLCSIM, ein Programmmodul für den SIMATIC-Manager installiert sein. Dieses Modul ist im Paket von STEP 7 enthalten. Ist ProTool/Pro RT V6. installiert, die Demoversion ist ausreichend, oder WinCC flexible Advanced, so kann eine Simulation der An lage auf den PC-Bildschirm visualisiert und gesteuert werden. Um jedoch eine Inbetriebnahme durchführen zu können, sollte eine CPU3xxx z. B. CPU 34C-2DP mit PC-Adapter sowie zwei Förderbänder vorhanden sein. Wie geht es weiter? Eine Weiterführung der Lerninhalte umfasst Teil 2 des Lehrbuches (Bestellnummer 44495). Er beinhaltet Zähler mit Vergleicher, Sprünge, Analogwertverarbeitung, digitale Regelung, also den Umgang mit anderen Datentypen wie INT, REAL, WORD und Umwandlungsfunktionen sowie die Vernetzung automatisierter Systeme mit dem AS-Interface, MPI-Netz, Profibus, Industrial Ethernet und Profinet. Sulzbach, im November 29 Karl Schmitt So arbeiten Sie mit der CD-ROM Wie gelangen Sie zur Startseite auf der CD-ROM? Legen Sie die CD-ROM ins Laufwerk ein. Öffnen Sie durch Doppelklicken den Arbeitsplatz und dann das CD-ROM-Laufwerk. Doppelklicken Sie die Datei Start auf der CD-ROM. Es öffnet sich in Ihrem Browser, z. B. dem Internet Explorer, die Startseite. Wie gelangen Sie zum Inhaltsverzeichnis? Von der Startseite aus gelangen Sie durch Klikken auf den Link Inhaltsverzeichnis zum In haltsverzeichnis. Was finden Sie im Inhaltsverzeichnis? Außer den Links in der linken Spalte, über die Sie zu den Lernsituationen gelangen, sind in der mittleren Spalte stichpunktartig die angestrebten Kompetenzen beschrieben. In der rechten Spalte des Inhaltsverzeichnisses finden Sie Links zu Hilfestellungen und den Selbsttest, den Sie nicht vergessen sollten. Wie gelangen Sie zu den Lernsituationen? Vom Inhaltsverzeichnis aus gelangen Sie über Links zu den HTML-Seiten auf denen die Lernsituationen beschrieben, Arbeitsaufträge erteilt, Hilfestellungen angeboten, Bilder und Animationen gezeigt werden. Sie finden Links zu verwandten Themen, zu Tabellen mit technischen Daten, zu Katalogauszügen und zu einem Selbsttest, 4 Links zu archivierten Zeichnungsvorlagen für das CAD-Programm CADdy++ SEE electrical und Links zu archivierten STEP 7-Projekten, die Sie weiter bearbeiten können, Links zur Visualisierung der Simulation der Anlage auf dem PC-Bildschirm, sowie Hinweise auf die notwendigen Arbeitsblätter aus diesem Arbeitsheft. Die Schriftgröße der HTML-Seite können Sie durch Klicken auf deren Überschrift verändern. Wie gelangen Sie zum Selbsttest? Am Ende einer Lerneinheit oder im Inhaltsverzeichnis finden Sie den Link Selbsttest. Sie sollten nie vergessen, den Test zu bearbeiten. Wie gelangen Sie zum Schlagwort regis ter? Das Schlagwortregister erreichen Sie über das Inhaltsverzeichnis oder über das Bild oben rechts auf der HTML-Seite zur Lernsituation. Im Schlag wort regis ter können Sie ebenfalls die HTML-Seiten zu den Lernsituationen und Hilfestellungen öffnen. Bildungsverlag EINS

5 Vorwort Wie können Sie Projektvorlagen für STEP 7, ProTool/Pro bzw. WinCC flexible und CADdy++ nutzen? Auf den HTML-Seiten zu den Lernsituationen finden Sie auch Links zu Dateien, die Sie herunterladen und als Vorlage benutzen können. Archiv-Dateien für den SIMATIC-Manager:. Markieren Sie den Link der Vorlage und klicken Sie die rechte Maustaste. Wählen Sie im sich öffnenden Kontextmenü den Punkt Ziel speichern unter und bestimmen Sie als Speicherort z. B. den Desktop im Listenfeld. 2. Um die gespeicherte Archiv-Datei zu dearchivieren, öffnen Sie den SIMATIC-Manager über Start- Simatic- SIMATIC-Manager. 3. Im SIMATIC-Manager die Archiv-Datei über Menü- Datei-Dearchivieren und das dearchivierte Projekt öffnen, um es zu bearbeiten. 4. Soll das Projekt auf eine reale SPS übertragen werden, und die Hardware-Konfiguration stimmt nicht mit der der realen SPS überein, müssen Sie die Konfiguration und die Adressen in der Symboltabelle anpassen. Beachten Sie: Um die virtuelle Anlage steuern zu können, müssen Sie den FC aus dem dearchivierten Projekt als erstes im OB aufrufen. Werden die Ein- und Ausgangsadressen geändert, so kann die virtuelle Anlage im Visualisierungsfenster nicht mehr gesteuert und beobachtet werden. Anlagenvisualisierung mit ProTool/Pro RT V6. (Demo) oder WinCC flexible Wenn Sie ProTool/Pro installiert haben, können Sie über den Link mit der Endung *fwd eine Runtime-Datei öffnen. Falls Sie WinCC flexible installiert haben können Sie alternativ die Datei mit der Endung *.fwx herunterladen (linke Maustaste Ziel speichern unter...), diese auf Ihrem Desktop speichern und durch Doppelklicken öffnen. Im sich öffnenden Visualisierungsfenster können Sie anschließend die Simulation der Anlage steuern. Den Link zu der jeweiligen Lernsituation finden Sie auf der HTML-Seite. Beachten Sie: Starten Sie vor dem Öffnen dieser Datei im SIMATIC-Manager PLCSIM. Achten Sie auf die Endung des Dateinamen *.cpa 2. Die Anwendung CADdy++ über Start- Programme-CADdy++ SEE öffnen 3. Über Menü-Datei- Archiviertes Projekt wieder herstellen die Archiv-Vorlagedatei im Projektordner von CADdy++ ablegen. 4. Das Projekt kann jetzt in CADdy++ über Menü-Datei-Projekt öffnen geöffnet und weiter bearbeitet werden Wie können Sie die Animationen steuern?. Über Schaltflächen, die unter einigen Bildern auf den HTML-Seiten angeordnet sind, können dynamische Bilder erzeugt werden. Dazu muss Java-Script im Browser interpretiert werden können. 2. Der zeitlich gesteuerte Ablauf einer Bilderfolge auf den HTML-Seiten, kann über die Tastatur mit den Tasten (Esc) und (F5) beeinflusst werden. Wie können Sie diese HTML-Seiten ausdrucken? Wählen sich vor dem Ausdrucken folgende Einstellungen im Internetexplorer. Im Menü-Ansicht-Schriftgrad...Mittel aktivieren. 2. Im Menü-Datei-Seite einrichten Kopfzeileneinträge löschen In der Fußzeile eventuell &w&b&b Seite &p von &P eingeben und die Ränder links mit 2 mm, alle anderen mit 8 mm parametrieren zur Orientierung A4 Hochformat wählen. 3. Im Menü-Datei-Druckvorschau... die ge wünschten Seiten drucken. Archiv-Dateien für CADdy++ SEE electrical:. Den Link der Vorlage markieren rechte Maustaste klicken im Kontextmenü Ziel speichern unter als Speicherort z. B. den Desktop im Listenfeld wählen. Bildungsverlag EINS 5

6 Inhaltsverzeichnis Verknüpfungssteuerung ohne Speicherverhalten untersuchen Behälterüberwachung Bibliotheksfähige Funktionen (FCs) erstellen 2. Behälterüberwachung mit FC Übungen: Bibliotheksfähige FC-Bausteine erstellen Speichernde Verknüpfungssteuerung mit SR-Tabelle entwerfen 3. Förderanlage Übung: Bandförderanlage mit Klappe Bibliotheksfähige Funktionsblöcke (FBs) erstellen 4. Förderanlage mit FB Übung: Tankfüllanlage mit FB Übung: Bandförderanlage mit Klappe FC im FB aufrufen Meldung mit Quittierung Flankenauswertung benutzen Förderanlage mit Drehrichtungsumkehr Zeiten programmieren 7. Bandsteuerung mit S5- und IEC-Timer Bandsteuerung Multiinstanz Programmentwurf mit Aktionssymbolen 8. Y -Anlasser für ein Bohrwerk Y -Anlasser als FB Programmentwurf mit dem Zustandsgrafen 9. Wendesteuerung Wendesteuerung als FB KOP, Zeiten Schleifringläuferanlasser Ablaufsteuerungen entwerfen. Waschanlage, GRAFCET a Prägesteuerung, Symbole aus der IEC 63-Ablaufsprache b Prägesteuerung 2 Betriebsarten, GRAFCET Farben mischen, Verzweigung, GRAFCET Zähler 2. Parkhaus Übung: Zähler Förderanlage Inhaltsverzeichnis CD-ROM Bildungsverlag EINS

7 Verknüpfungssteuerung ohne Speicherverhalten untersuchen Behälterüberwachung Sie erhalten den Auftrag, ein bestehendes Projekt "2aus3" zu erweitern und alle Änderungen zu dokumentieren. Hilfen finden Sie auf der CD im Inhaltsverzeichnis unter. Überwachung eines Behälters. In einem Behälter, in dem die Temperatur überwacht wird, soll zusätzlich der Druck überwacht werden. Aus Sicherheitsgründen sind drei Druckschalter (Öffner) einzubauen, wie dies auch bei der Temperaturüberwachung der Fall ist. Zwei Leuchtmelder zeigen den unzulässigen Zustand "Übertemperatur" bzw. "Überdruck" an. Hardware Überprüfen Sie die Hardwarekonfiguration in Hinblick darauf, ob die Baugruppen für das erweiterte Projekt ausreichend sind. Ergänzen Sie die Tabelle und beantworten Sie die Fragen.. Ist das Netzteil ausreichend dimensioniert? Ja,,2 A für die SPS und 2 x 2 W/24 V für die Leuchten. 2. Sind weitere Signalmodule (SMs) nötig? Nein, es werden nur 6 Eingänge von 6 benötigt. 3. Wird der Ausgang der DO-Baugruppe bei 24 V/2 W überlastet? Nein, er ist mit,5 A belastbar. Variablendeklaration in der Symboltabelle Ergänzen Sie die Tabelle. Bildungsverlag EINS 7

8 Verknüpfungssteuerung ohne Speicherverhalten untersuchen Behälterüberwachung Anschlussplan Ergänzen Sie ihn. Baustein, Programmcode, Programmsprachen FUP, AWL, KOP Ergänzen Sie den Code. Funktion überprüfen Schreiben Sie dazu die Funktionsgleichung auf. Temperaturüberwachung: Q 4.: = NOT I. AND NOT I.2 OR NOT I. AND NOT I.3 OR NOT I.2 AND NOT I.3; Drucküberwachung: Q 4.4: = NOT I.4 AND NOT I.5 OR NOT I.4 AND NOT I.6 OR NOT I.5 AND NOT I.6; Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten Hardware konfigurieren, Netzteil, CPU, SM-DI-DO, Versorgungsspannungen und Ausgangsstrom beachten. Adressen, Byte, Bit, Symbole, Syntaxregeln, Software-Baustein, OB, FUP, AWL, KOP, Netzwerk, Funktionsgleichung, Drahtbruch > Öffnerkontakte 8 Bildungsverlag EINS

9 2 Bibliotheksfähige Funktionen (FCs) erstellen 2. Behälterüberwachung mit FC Sie erhalten den Auftrag, eine parametrierbare Funktion mit dem Namen "FC_2AUS3" zu erstellen, die für die Temperatur- und die Drucküberwachung benutzt werden kann. Hilfen finden Sie auf der CD im Inhaltsverzeichnis unter 2. Überwachen eines Behälters mit einem FC. Sprechen zwei oder alle drei Temperaturbzw. Druckschalter an, so erfolgt eine Meldung "Übertemperatur bzw. Überdruck". Wie wird ein FC-Baustein erstellt?. Schnittstelle der Funktion im Deklarations -teil festlegen. 2. Titel und Kommentare eintragen. 3. Code im Anweisungs -teil schreiben. 4. Funktionsname in der Symbol -tabelle eintragen. 5. FC im OB aufrufen, den Formal -parametern die Aktualparameter zuordnen. 6. Baustein testen. Wie wird eine Bibliothek erstellt und in ihr der FC-Baustein abgelegt?. Neue Bibliothek öffnen. 2. S7-Programm einfügen und benennen. 3. Die getestete Funktion aus dem Projekt, in den Bausteinordner der Bibliothek kopieren und in der Symboltabelle benennen. Überlegungen für die Bewertung und Präsentation des Projekts in Stichworten Programmstruktur, wieder verwendbare Funktion, Schnittstelle, lokale Variablen, Formal- und Aktualparameter, Biblio thek Bildungsverlag EINS 9

10 2 Bibliotheksfähige Funktionen (FCs) erstellen 2.2 Übungen: Bibliotheksfähige FC-Bausteine erstellen Entwerfen und testen Sie die parametrierbaren FC-Bausteine, die die folgenden Forderungen erfüllen. Hilfen finden Sie auf der CD im Inhaltsverzeichnis unter 2. Übung: FCs erstellen.. Äquivalenz-Funktion: FC4 Die EQ- (equal = gleich) bzw. Äquivalenz- Funktion ist eine Funktion, die häufiger benötigt wird. Ist der Wert der beiden Eingangsparameter gleich, so ist der Ausgangsparameter "TRUE" (logisch ). Vorüberlegungen, Vorgehen. Die Schnittstelle des FC-Bausteins festlegen und lokal deklarieren. 2. Übertragen Sie die geforderte Funktion in die Funktionstabelle und entwickeln Sie daraus die Funktionsgleichung. 3. Aus den Funktionsgleichungen können Sie anschließend leicht das Programm entwickeln. IN IN2 OUT:= (NOT IN AND NOT IN2) OUT Zu 2. Bahnkorrektur IN_L OR (IN AND IN2) 2. Bahnkorrektur: FC42 Zum sensorgeführten Verschleifen von Schweißnähten mit einem Roboter soll eine Funktion entwickelt werden, die Bahnkorrektursignale OUT_R, OUT_L, OUT_ALARM liefert. IN_M IN_R OUT_L OUT_R OUT_ALA OUT_ALA:= (NOT IN_L AND NOT IN_M AND NOT IN_R) OR (IN_L AND NOT IN_M AND IN_R) OR (IN_L AND IN_M AND IN_R); OUT_R:= (NOT IN_L AND NOT IN_M AND IN_R) OR (NOT IN_L AND IN_M AND IN_R); OUT_L:= (IN_L AND IN_M AND NOT IN_R) OR (IN_L AND NOT IN_M AND NOT IN_R); Bildungsverlag EINS